弹簧的设计方法

弹簧的设计方法
一、弹簧的应力校核
1、 截面上的最大扭切应力：3
232
'816
2d FD d D F W T ππτ=⋅
== 2、 剪应力引起的切应力：2
'
'4d F
πτ= 3、 最大切应力：)21(82
3
2"'
D d
d FD +=
+=πτττ 4、 旋绕比（弹簧指数）：d
D C 2
=，C 一般在4~16之间，常用的C 约为5~8 5、 弹簧的强度条件：][8)5.01(82
2τππτ≤=+=
d
FC
K C d FC 6、 曲度系数：C
C C K 615
.04414+--=
7、 弹簧刚度（弹簧常数）：n
C Ed
n
D Ed F
k 3
3
2488=
=
=
λ
8、 圆柱螺旋扭转弹簧的最大弯曲应力及强度条件：
][25.1][32311τσπσ≈≤==d
M K W M K 9、 圆柱螺旋扭转弹簧的扭转角：M Ed
n
D 4
264=
ϕ （rad 制） 10、
圆柱螺旋扭转弹簧的刚度：n
D Ed n D EI k 24
264=
=π （rad 制） 二、弹簧的结构参数 1、 有效圈数：n
2、 总圈数：)5.2~5.1(1+=n n
3、 节距：δ+=d t
4、 间距：n
8.02
λδ≥
5、 螺旋升角：2
D t
arctg
πα= ，2)5.0~3.0(D t ≈ 6、 展开长度：α
πcos 1
2n D L =
7、 自由高度：对于两端并紧不磨平的结构d n n H )1(10++=δ，对于两端并紧磨平的结
构d n n H )5.0(10-+=δ 8、 并紧高度：s H 9、 高径比：2
D H b =
，两端固定的弹簧b<5.3，一端固定另一端铰支的弹簧，b<3.7。

三、弹簧的特性曲线
1、 最小工作载荷1F ：使弹簧稳定在安装位置的最小受力，21)5.0~2.0(F F =。

2、 最大工作载荷2F ：弹簧在最大载荷下的最大应力τ不得超过材料的许用应力][τ。

3、 极限载荷lim F ：到达材料剪切屈服极限s τ的载荷。

四、弹簧的加工工艺
1、弹簧的制造工艺包括：卷绕、两端面加工、热处理、工艺性试验等。

2、小批量采用车床或手工卷制，可分为冷卷和热卷。

弹簧丝直径小于10mm 常用冷卷法。

3、冷卷法：冷拉的碳素钢丝在常温下卷成，低温回火消除内应力。

4、热卷法：弹簧卷成后须经过淬火和回火处理。

5、弹簧制成后，进行强压处理，可提高承载能力。

强压处理是将弹簧预先压缩到超过材料屈服极限，并保持一定时间后卸载。

强压处理的弹簧不适合在高温、变载荷及腐蚀性介质条件下应用。

受变载荷的压缩弹簧，可采用喷丸处理提高疲劳寿命。

五、弹簧的材料
表1：螺旋弹簧的常用材料和许用应力
注：
1、 钩环式拉伸弹簧的许用切应力取为表中数值的80%
2、 重要的弹簧，可按II 类选取许用应力
3、 经强压、喷丸处理的弹簧，许用切应力可提高约20%
4、 极限切应力可取为：I 类][67.1I s ττ=；II 类][25.1II s ττ=；III 类][12.1III s ττ=
5、 I 类弹簧寿命在10e6次以上，II 类寿命在10e3~10e5次以上，及受冲击载荷的弹簧。

III 类弹簧寿命在10e3次以下，基本上受静载荷的弹簧。

表2：碳素钢弹簧钢丝抗拉极限强度B。